[發明專利]一種用于極地科考的陸地翼帆車

在審

• 申請號: 201410809984.8
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104590040A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 謝少榮;張凱;馮凱;沈天昊;陳繼清;羅均;李恒宇
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B60L8/00
• 分類號: B60L8/00;B62D5/04
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明隸屬于特種機器人領域，涉及的是一種機器人，具體涉及是一種用于極地科考的陸地翼帆車，依靠風力直接驅動，可用于極地未知惡劣環境下的科考工作，具有續航能力強，探索空間大等特點。

背景技術

????南北極等未知地域蘊藏著豐富的自然和科學資源。一方面，南北極冰雪覆蓋區是整個地球系統的最大冷源，對全球的氣候有著至關重要的影響；另一方面，其豐富的資源吸引著世界各國對南北極的考察與開發。但是極地環境惡劣，高寒低氧，極端天氣等，隨時都可能威脅科考人員的生命，極大地制約著人類科考活動的展開。如何在時間和空間領域進行更深層次的科學考察已經成為迫切需要解決的技術難題。極地探測機器人的提出，成為解決這一技術難題的一種思路。目前，南極機器人受限于所攜帶電池或燃料的數量，活動范圍十分有限，尚不能實現較長時間、大范圍的續航能力，因而仍不能滿足南極科考的大時空續航能力的要求。

但是在南極，風力資源豐富，分布范圍廣、平均風速高。如果采用風能作為直接驅動能源，機器人的活動將不再受能源因素的制約，從而大大擴大活動范圍和活動時間，甚至實現機器人在冰蓋中的“無限”續航探測。南極風大（常常會超出現有風力發電的適用工作風速范圍）、風力發電效率低這兩大因素制約了風力發電技術在極地探測機器人上的應用。風力直接驅動的陸地翼帆車將致力于風能在極地科考中的應用。

發明內容

本發明的目的在于針對上述極地科考中存在的問題，提出了一種用于極地科考的陸地翼帆車，依靠風力直接驅動，依靠舵機對翼帆車航向進行控制，具有大時空續航、綠色環保等特點。

為了達到上述要求，本發明的構思是：

????本發明通過翼帆產生系統的驅動力，四輪機構進行移動。前端兩個導向輪通過平行四邊形連接機構構成雙前輪轉向機構，后端兩輪間距大。由伺服電機和舵機分別控制翼帆和雙前輪轉向機構實現極地科考的自主巡航任務。該陸地翼帆車具有啟動風速小、負載能力和系統穩定性高，運動不傾覆優點，自主控制性能高。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：

????一種用于極地科考的陸地翼帆車，包括車體骨架、前輪、后輪、伺服電機和舵機，其特征在于有一個翼帆通過翼帆連接板和桅桿安裝在車體骨架上，并用固定軸承進行固定，所述伺服電機和舵機也安裝在所述車體骨架上；所述鋼絲繩分別連接懸索增長杠和懸索臺；桅桿通過聯軸器與伺服電機連接，由伺服電機驅動旋轉；所述翼帆安裝在桅桿上，隨桅桿一起轉動；所述伺服電機通過控制翼帆與風之間的攻角產生推力，進而為陸地翼帆車提供動力來源；所述舵機通過雙前輪轉向傳動機構控制前輪轉動，實現陸地翼帆車的航向自主控制。

所述翼帆為單桅桿支撐剛性硬帆，是在所述桅桿上通過若干碳纖維管和翼帆連接板固定連接翼帆板構成；所述翼帆采用NACA0018翼型，緊貼翼帆板左右內壁對稱裝有10根碳纖維管，在桅桿周圍均布安裝4根碳纖維管；所述翼帆連接板通過四個螺釘固定后，采用方形孔軸與桅桿連接，保證翼帆的剛度與強度。

所述雙前輪轉向傳動機構由固定軸、連桿軸、前輪連接件、轉動關節和舵機傳動桿組成；所述固定軸和連桿軸通過轉動關節與前輪連接件相連，舵機與舵機傳動桿相連，舵機可以驅動舵機傳動桿，根據平行四邊形機構原理控制前輪轉動，實現陸地翼帆車的航向自主控制。

所述翼帆板采用樹脂材料3D打印，能精準加工出NACA0018翼型要求，動力學特性良好，并用鋼絲繩柔性連接，保證翼帆的穩定性。

所述車體骨架為框架式結構，在框架外部覆蓋有保護車體內部控制和檢測設備的蓋板。

本發明與現有技術相比，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點：

????（1）本發明采用框架式結構，結構可靠簡潔，外部覆蓋有蓋板，也能很好保護內部的控制和檢測設備，內部空間可拓展性強。

????（2）本發明采用剛性翼帆吃風直接驅動，翼型不會隨風力和風向的改變而改變，其空氣動力性能好，升阻力系數穩定。與軟性風帆相比，剛性翼帆的受風效率更高，側向力小。且翼帆通過鋼絲繩柔性連接在車體骨架上，保證了翼帆的穩定性。

????（3）本發明翼帆與伺服電機通過聯軸器直接相連，減少了力傳遞中的能量損耗，實現了翼帆車的啟動風速小、續航能力強的特點。而且可以通過控制翼帆與風之間的攻角來實現翼帆車的逆風行駛。

????（4）本發明利用舵機控制雙前輪轉向機構實現轉彎，解決了翼帆車速度與航向耦合的問題，實現了翼帆車的自主巡航控制，前輪左右轉向達到了±45°，且前輪兩輪之間距離短，轉彎半徑小，而后輪之間距離大，增強了翼帆車的抗傾翻性能。